一种计算多体量子态多体可分离性最小白噪声的方法技术

本发明专利技术涉及量子信息处理领域，提出了一种计算多体量子态多体可分离性最小白噪声的方法，该方法能找到特定量子纠缠态的最小白噪声容限；采用迭代计算必要性和构造充分性相互验证的方法来展开研究，不仅能对研究中出现的大量参数和角度进行合理归纳，而且运用了几何空间的知识和可视化作图来辅助分析量子态的纠缠与可分离情况。计算结果表明，在选定的四量子比特Dicke态和白噪声的混合态实施例中，三体可分离的必要条件几乎和充分条件重合，从而验证了该发明专利技术方法的有效性。

A method for calculating the minimum white noise of multibody separability in multibody quantum states

【技术实现步骤摘要】
一种计算多体量子态多体可分离性最小白噪声的方法
本专利技术涉及量子信息处理领域，提出了一种计算多体量子态多体可分离性最小白噪声的方法，该方法能找到特定量子纠缠态的最小白噪声容限；采用迭代计算必要性和构造充分性相互验证的方法来展开研究，不仅能对研究中出现的大量参数和角度进行合理归纳，而且运用了几何空间的知识和可视化作图来辅助分析量子态的纠缠与可分离情况。计算结果表明，在选定的四量子比特Dicke态和白噪声的混合态实施例中，三体可分离的必要条件几乎和充分条件重合，从而验证了该专利技术方法的有效性。
技术介绍
量子信息是量子物理和信息学科相结合的产物，同时也是当今世界上最热门的科学研究领域之一。我国在量子通信与量子计算的某些领域已经达到了世界领先的水平，量子信息处理与量子计算受到越来越多科研人员的关注。量子纠缠被认为是量子力学最根本的特性，在信息和通信领域有着重要作用，是量子信息中最重要的资源之一。因此量子纠缠的研究不仅具有深刻的理论意义，而且具有重要的实际应用价值。但是量子纠缠态在使用过程中往往为噪声(最简单的是白噪声)所破坏，量子纠缠态加上一定程度的噪声会使量子纠缠态变成可分离，也就会使量子纠缠态丧失掉量子纠缠特性，因此关于量子纠缠的研究很重要的一点就是：本专利技术需要找到特定量子纠缠态的最小白噪声容限。此外，因为量子纠缠中主要涉及到的都是多量子比特纠缠，其中Dicke态不仅非常容易受到白噪声的影响，同时也是量子计算和量子通信中最常见的量子纠缠态之一[1][2][3]，所以本专利技术选择四量子比特Dicke态的三体可分离性作为实施例计算最小白噪声容限来详细说明本专利技术的可行性。现有技术只是对于两量子比特可分离的研究，基本已经很深入也有了相当不错的纠缠判定准则，如部分转置判据(PPT)[4]、重排判据(CCNR)[5]、协方差矩阵判据(CM)[6]、Bell不等式[7]等；而对于多量子比特纠缠态，像W态、Dicke态等，还没有被完整系统地研究过，更没有统一的准则去判定给定的量子态是否为纠缠；因此，对于多量子比特纠缠态的研究很有必要，而本专利技术就是专门针对于高维量子系统的纠缠与可分离进行研究的，与现有技术相比，本专利技术不仅能处理高维量子系统的纠缠与可分离，而且丰富了量子纠缠与可分离的研究方法。参考文献[1]KieselN,SchmidC,TóthG,etal.Experimentalobservationoffour-photonentangledDickestatewithhighfidelity[J].PhysicalReviewLetters,2007,98(6):063604.[2]EiblM,KieselN,BourennaneM,etal.Experimentalrealizationofathree-qubitentangledWstate[J].PhysicalReviewLetters,2004,92(7):077901.[3]WieczorekW,SchmidC,KieselN,etal.Experimentalobservationofanentirefamilyoffour-photonentangledstates[J].PhysicalReviewLetters,2008,101(1):010503.[4]DürW,CiracJI,LewensteinM,etal.Distillabilityandpartialtranspositioninbipartitesystems[J].PhysicalReviewA,2000,61(6):276-282.[5]GuoY,HouJ.RealignmentOperationandCCNRCriterionofSeparabilityforStatesinInfinite-DimensionalQuantumSystems[J].ReportsonMathematicalPhysics,2013,72(1):25-40.[6]ChenK,WuLA.Amatrixrealignmentmethodforrecognizingentanglement[J].QuantumInformation&Computation,2002,3(3):193-202.[7]AspectA,GrangierP,RogerG.ExperimentalTestsofRealisticLocalTheoriesviaBell'sTheorem[J].PhysicalReviewLetters,1981,47(7):460-463.
技术实现思路
本专利技术提出一种计算多体量子态多体可分离性最小白噪声的方法，相比于同类专利技术，本专利技术不仅对于给定的任意一个多量子比特纠缠态，能找到该量子态多体纠缠的最小白噪声容限，而且能控制必要性和充分性在指定的阈值范围内，主要包括以下几个步骤：1、找到最优纠缠见证者计算特性函数Rijkl并按照角标轮换Mijk值不变性原则来初始化张量由于在步骤2中求Lmin(nece)时还会除以因此，Mijk的值只需要取值在Mijk∈[0,1]即可；是关于θi和角度和Mijk元素的函数，本专利技术对每个角度每隔10度来迭代计算Λ的值(具体隔多少角度来迭代计算需要根据电脑配置来定，因为迭代计算非常耗费CPU资源)；2、找到匹配纠缠见证者和最小白噪声容限的必要性Lmin(nece)：在得到了Λ的最大值后，只需要根据来计算Lmin即可，并且小幅度改变的每个元素也就是跳到步骤1来调整并重新计算步骤2；如此循环计算Lmin，直到Lmin不能再变小为止所对应的Lmin即为最小白噪声容限的必要性Lmin(nece)；3、构造最小白噪声容限的充分性Lmin(suff)：S1)找到θi和角度之间的规律，当用“找到的角度规律”替换“每个角度的迭代计算”可以保持Lmin(nece)一致，则该找到的角度规律成立；S2)求出每种角度规律下的多体可分离在所有分区上轮换平均后的密度矩阵ρfinally；S3)对每个角度规律下密度矩阵ρfinally中矩阵元素的变化来可视化作图，以一个角度规律为横轴，各元素系数为纵轴，画出二维曲线图；S4)设定Lmin(nece)和Lmin(suff)的最大阈值为τ，结合所有曲线图最大程度地保留需要的矩阵元素的同时消除“毛刺”矩阵元素，并求出构造出带有白噪声容限的纠缠量子态中的p，此时的p即为最小白噪声容限的充分性Lmin(suff)；4、判断步骤2的计算最小白噪声容限的必要性Lmin(nece)和步骤3构造最小白噪声容限的充分性Lmin(suff)的差值△是否在可以接受的阈值τ之内，如果是，则找到了该量子态的多体最小白噪声容限，整个步骤结束；如果不是，则需要从步骤1重新开始迭代计算。附图说明图1是|D4,2〉态构造充分性流程图。图2是|D4,2＞态构造出密度矩阵通式。图3是|D4,2〉态角度规律为θ1＝θ2,时的各系数曲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术提出一种计算多体量子态多体可分离性最小白噪声的方法，相比于同类专利技术，本专利技术不仅对于给定的任意一个多量子比特纠缠态，能找到该量子态多体纠缠的最小白噪声容限，而且能控制必要性和充分性在指定的阈值范围内，主要包括以下几个步骤：/n1、找到最优纠缠见证者

【技术特征摘要】
1.本发明提出一种计算多体量子态多体可分离性最小白噪声的方法，相比于同类发明，本发明不仅对于给定的任意一个多量子比特纠缠态，能找到该量子态多体纠缠的最小白噪声容限，而且能控制必要性和充分性在指定的阈值范围内，主要包括以下几个步骤：
1、找到最优纠缠见证者计算特性函数Rijkl并按照角标轮换Mijk值不变性原则来初始化张量由于在步骤2中求Lmin(nece)时还会除以因此，Mijk的值只需要取值在Mijk∈[0,1]即可；是关于θi和角度和Mijk元素的函数，本发明对每个角度每隔10度来迭代计算Λ的值(具体隔多少角度来迭代计算需要根据电脑配置来定，因为迭代计算非常耗费CPU资源)；
2、找到匹配纠缠见证者和最小白噪声容限的必要性Lmin(nece)：在得到了Λ的最大值后，只需要根据来计算Lmin即可，并且小幅度改变的每个元素也就是跳到步骤1来调整并重新计算步骤2；如此循环计算Lmin，直到Lmin不能再变小为止所对应的Lmin即为最小白噪声容限的必要性Lmin(nece)；
3、构造最小白噪声...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡涛，蒋丽珍，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33